Do Prahy se poslední červencový týden sjeli vědci a vědkyně z celého světa. Na 11. ročníku konference Frontiers of Quantum and Mesoscopic Thermodynamics (FQMT'26) řešili, co kvantová mechanika vypovídá o dnešním světě i jak ji proměnit v technologie budoucnosti.
Kvantové systémy a jejich okolí
Prvním blokem přednášek se prolínala společná myšlenka. Žádný skutečný kvantový systém není nikdy dokonale izolovaný, každý si se svým okolím neustále vyměňuje energii a právě popis této výměny tvoří jádro kvantové termodynamiky.
Jeden z problémů oboru pojmenoval hned v úvodu Peter Hänggi. „Máme spoustu přístupů, jak pracovat s kvantovou mechanikou za přítomnosti disipace." Většina těchto návodů, jak popsat systém, z něhož uniká energie do okolí, jsou podle něj jen zkratky. Skutečně spolehlivý je jediný postup. Musí se vzít v úvahu ucelený kvantově mechanický popis systému spolu s jeho okolím.
Udo Seifert se zabýval otázkou, jak změřit, do jaké míry je systém vychýlený z rovnováhy. Vyjadřuje to veličina zvaná produkce entropie, která hraje klíčovou roli u aktivní hmoty i molekulárních strojů v našich buňkách. Při experimentech ovšem nikdy nevidíme celý systém, vždy jen jeho část, a mnoho podstatného zůstává skryto. Seifert se proto ptal, co všechno lze i z takto neúplného pohledu určit s jistotou.
Ronnie Kosloff ve své přednášce vyšel ze skutečnosti, kterou teoretické popisy často zjednodušují: „Každý kvantový systém je ze své podstaty otevřený a se svým okolím nepřetržitě interaguje.“ Řídit skutečná kvantová zařízení proto znamená pracovat se systémy, z nichž energie i informace průběžně unikají do okolí.
Stavba a chlazení kvantových strojů
Druhý blok se stočil ke kvantovému počítání. Yuval Gefen představil koncept tzv. kvantového řízení (quantum steering), tedy protokol inženýrství stavů založený na měření, který pomocí opakovaných pozorování dokáže zformovat kvantový systém do požadované podoby. Otevírá se tak cesta ke klíčovým zdrojům, jako jsou kvantové provázání, kontrola nad systémem či jeho chlazení.
Přes videohovor vystoupil Franco Nori, který představil tři nejnovější výsledky z oblasti supravodivých kubitů. Jde o miniaturní elektrické obvody, které se chovají jako umělé atomy a tvoří základ mnoha dnešních kvantových počítačů. Nori nejprve popsal jev, při němž jediná částice světla, foton, vybudí dva atomy najednou. Běžně přitom platí, že jeden foton předá energii vždy jen jednomu atomu.
Dále ukázal, jak lze jednotlivé fotony přimět, aby na sebe přímo působily. To je pozoruhodné proto, že fotony spolu za normálních okolností prakticky neinteragují, a zde se to podařilo, i když byl v systému v průměru sotva jeden. Nakonec představil experiment, v němž čip se 41 kubity posloužil jako simulátor jiných fyzikálních systémů. Testoval na něm, jak si zvláště robustní, tzv. topologická forma kvantového transportu poradí s poruchami a nedokonalostmi, jimž se žádné skutečné zařízení nevyhne.
Dopolední část uzavřel Mohammad Ansari upozorněním na skrytý problém. Vlastnosti, kterých si na kvantových zařízeních ceníme nejvíce, jako je věrnost operací (fidelita), kvantové provázání či entropie, jsou ze své podstaty nelineární. Zjednodušeně řečeno, nesčítají se a nepřenášejí se tak přímočaře jako třeba energie nebo elektrický náboj. Běžné teoretické nástroje, které fyzici používají ke sledování toků veličin zařízením, na ně proto nestačí a je třeba vyvinout metody nové.
Večer otevřený veřejnosti
Po obědě se program konference rozdělil do tří paralelních sekcí. První se věnovala mnohačásticovým systémům vyvedeným z rovnováhy a vystoupili v ní Branislav Nikolić, Michael Galperin, Jordan Horowitz, Gabriele De Chiara a David Edward Bruschi. Druhá sekce patřila kvantové informatice a představili se v ní Alberto Imparato, Henning Kirchberg a kolegové ze skupiny Saara Rahava. Třetí blok se zaměřil na kvantovou optiku s příspěvky Dany Andersona, Volkera Deckerta, Waltera Pfeiffera a Fabia Pistolesiho.
V úterý večer se konference otevřela širší veřejnosti a nabídla dvě popularizační přednášky doplněné živou hudbou. Philippe Grangier nejprve provedl posluchače cestou „od základních principů k technologickým revolucím“, poté Allen Hermann vyměnil fyziku za muziku a ukázal, jak jazzoví hudebníci improvizují a jak spolu i s publikem komunikují. Večer završil živý jazzový koncert.
Vzpomínka na Anthonyho J. Leggetta
Program konference probíhal až do soboty 1. srpna a nabídl řadu dalších významných jmen. V úterý vystoupil Jian-Wei Pan, průkopník satelitní kvantové komunikace, s přednáškou o kvantových sítích propojujících komunikaci, výpočty a metrologii. Leo Kouwenhoven představil experimenty s Kitaevovými řetízky v nanodrátech.
Čtvrteční večer patřil památce loni zesnulého nobelisty Anthonyho J. Leggetta. Poté, co na něj zavzpomínal jeho dlouholetý kolega Fernando Sols, vystoupil s veřejnou přednáškou Amir Caldeira, s nímž Leggett kdysi vytvořil dnes Caldeirův–Leggettův model, který popisuje kvantové systémy ztrácející energii do okolí. Caldeira shrnul, jak výzkum makroskopických kvantových jevů dospěl až k Nobelově ceně za fyziku 2025, udělené za jejich experimentální pozorování. Večer uzavřel koncert klasické hudby.
Pátek se z velké části věnoval biofyzice, od molekulárních motorů po umělý protein, který se dokáže pohybovat po vlákně DNA. Sobotní závěrečný blok pak propojil kvantovou fyziku s gravitací. Vystoupil v něm mimo jiné Marlan Scully s přednáškou o kvantové optice v zakřiveném prostoročase.